新型组合工艺处理新能源汽车动力电池生产废水效果显著

新型组合工艺处理新能源汽车动力电池生产废水效果显著

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摘要：混凝-低温蒸发-高级氧化-混凝-水解酸化-两级缺氧好氧（Oxic，AO）法是一种新型组合工艺，可用于处理新能源汽车动力电池生产废水。结果表明，出水中化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）平均浓度分别为85 mg/L、23.6 mg/L、0.95 mg/L，pH值为7.2，水质满足《电池工业污染物排放标准》（GB 30484-2013）中新建企业水污染物间接排放限值要求。

随着新能源汽车市场的快速发展，动力电池的需求量急剧增加。电池生产废水主要来源于电池制造过程，水量不大，但成分复杂，具有一定的毒性，可生化性差，废水中可能含有锌、铁、镉等重金属，还可能含有酸、碱和盐。锂电池生产过程中会产生锂镍钴锰氧化物、N-甲基吡咯烷酮（N-、NMP）、聚偏氟乙烯粘合剂和石墨等，这些废水中含有重金属、有机物等有害物质，对生态环境和动植物造成威胁[1]。因此，如何有效处理这些废水成为亟待解决的问题。对于锂电池生产废水，常用的处理方法有中和沉淀法、生物处理法、电解法、膜法、物理化学法、氧化分解法、电化学法、活性炭吸附法、反渗透法和蒸发法等。 作为一种新型深度处理技术，混凝-低温蒸发-高级氧化-混凝-水解酸化-两级缺氧好氧（Oxic，AO）法组合工艺可用于处理新能源汽车动力电池生产废水。

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1. 项目概况

某新能源汽车项目动力电池生产废水主要来自电池生产车间，包括负极石墨废水、电解液预处理废水、铝壳清洗废水及NMP回收废水，共计350m3/d，生活污水产生量为250m3/d。各类废水水质及水量见表1。主要水质监测指标为化学需氧量（COD）、总磷（Total TP）、氨氮（NH3-N）、pH、F-及总氮（Total，TN）。出水满足《电池工业污染物排放标准》（GB 30484-2013）中新建企业水污染物排放限值要求。

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2. 工艺流程

首先通过废水调节池调节石墨废水的水量和水质，然后通过混凝沉淀去除废水中的石墨粉、TP、胶体等污染物。出水经低温蒸发，蒸发后的母液外运按危废处理。电解液预处理后的废水一起进入废水调节池，混合废水经过高级氧化去除难降解有机污染物，然后进入混凝反应池在沉淀池进行泥水分离，上清液进入综合废水调节池，泥浆排入污泥储罐。该单元主要去除TP、COD等污染物。

预处理后的混合废水与铝壳清洗废水、NMP回收废水一同排入综合废水调节池。综合废水调节池中的混合废水先进入混凝反应池，然后进入沉淀池进行泥水分离，泥排入污泥储池，水进入水解酸化池，该单元主要去除TP、COD等污染物。水解酸化池可以利用胞外酶将废水中的有机大分子分解成小分子，这些小分子的水解产物可以溶解于水并穿过细胞膜被细菌利用，可以提高废水的可生化性，为后续的好氧生化处理创造条件。

水解酸化池出水及生活污水进入厌氧池，再经缺氧池进入好氧池，最后在沉淀池进行泥水分离。污泥部分回流至厌氧池循环利用，部分排至污泥贮存池，上清液进入清水池，达标排放。好氧生化池利用微生物进行生化反应，去除主要污染物。该单元主要去除COD、氨氮、TN、TP等污染物。化学污泥与剩余污泥的混凝沉淀污泥排入污泥浓缩池，重力浓缩后进入膜压滤机脱水，污泥饼作为危险废物外运。

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3.主要建筑物及设备参数

3.1废水调节池

废水调节池用于收集废水、调节水质、水量，采用钢筋混凝土结构，长30m，宽8m，高6m，有效水深5m，有效容积。根据不同污水来源设置分区，水力停留时间为48h。

3.2石墨凝固反应罐

石墨废水中主要污染物为石墨粉、F-、PO43-。在废水中加入NaOH溶液调节pH为8～9，再加入混凝剂聚合氯化铝和助凝剂聚丙烯酰胺，降低废水中的氟化物。它与磷酸盐电解产生的Al3+、聚合氯化铝发生反应，生成不溶于水的化合物，在网捕和聚集作用下从水中分离出来并转化成容易沉淀的大絮体，然后经沉淀池实现泥水分离。反应池长1.4m、宽1.4m、高1.1m，有效容积1.5m3，水力停留时间40min，设置3台桨式搅拌器。NaOH、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺加药装置各1套。

3.3石墨竖流沉淀池

混凝反应生成的絮体在重力作用下自然沉降，絮体沉降到池底锥形泥斗中，澄清水沿池四周溢流堰流出，实现泥水分离。沉淀池直径1.0m，高3.0m，有效水深2.6m，水力停留时间为2.0h。配置泥浆泵2台。

3.4低温蒸发设备

废水进入低温蒸发器，蒸发温度设定为35-40℃，压缩机压缩制冷剂产生热量，水迅速蒸发，同时制冷剂经膨胀阀汽化后吸热制冷，蒸汽上升遇到冷液液化进入储水箱，制冷剂经压缩机吸收热量压缩，加热废水，蒸汽排出，经降温后冷凝为蒸馏水，浓水排入浓水桶，委托外接单位处理，可去除水中大部分重金属、有机物、无机盐等污染物，设备长4.0m，宽1.8m，高4.0m，处理能力10m3/d。

3.5 反应池

电解质预处理废水中主要污染物为碳酸盐、F-等。在废水中加入HCL溶液调节pH为2~4，再加入过氧化氢和硫酸亚铁，产生羟基自由基，去除难降解的有机污染物。设备长3.0m，宽1.4m，高2.5m，有效容积8.0m3，水力停留时间为2h。配有3台桨式搅拌器、1套HCL、1套H2O2、1套FeSO4加药装置。

3.6电解质混凝反应池

在废水中加入NaOH溶液调节pH为8～9，再加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，去除废水中的部分有机物、氟化物和磷酸盐。反应池长2.2m、宽0.8m、高1.3m，有效容积为1.8m3，水力停留时间为40min，安装3台桨式搅拌器，配备NaOH、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺加药装置各1套。

3.7 电解竖流沉淀池

沉淀池直径2.0m，高4.5m，有效水深4.0m，水力停留时间2.0h，设置污泥泵2台。

3.8综合混凝反应池

综合废水包括负极石墨废水、电解液预处理废水、铝壳清洗废水、NMP回收废水，在混合废水中加入NaOH溶液调节pH为8～9，再加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺去除废水，反应池长4.0m，宽1.6m，高2.5m，有效容积13.4m3，水力停留时间40min，桨式搅拌器3台，NaOH、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺加药装置各1套。

3.9综合斜管沉淀池

沉淀池长3.8m，宽2.5m，高4.2m，有效水深3.0m，水力停留时间1.2h，配置泥浆泵2台。

3.10水解酸化池

池长14.0m，宽3.0m，高6.8m，有效容积250m3，水力停留时间为14h。

3.11生化池：生化池采用两级AO法，缺氧段溶解氧含量不大于0.2mg/L，好氧段溶解氧含量为2～4mg/L，缺氧段主要利用厌氧菌将污水中的大分子有机物分解为小分子有机物，同时释放磷。好氧阶段，好氧菌吸收利用小分子有机物中的氧，将有机物氧化分解为二氧化碳和水，将磷转化为富磷污泥。池长17.5m、宽4.0m、高6.8m，共设4个池，总有效容积，总水力停留时间为67h。

3.12二沉池：储存剩余污泥并回流至厌氧池前端，保证生化池的污泥浓度。二沉池出水靠重力自流进入清水池，经巴氏计量池达标排放。池子长17.5m，宽3.0m，高4.0m，共计4个，有效容积180m3，水力停留时间为6h。

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4. 技术分析

深度处理前后进出水指标见表2，出水满足《电池工业污染物排放标准》（GB 30484-2013）中新建企业水污染物排放限值要求，进出水平均COD浓度分别为/L、85mg/L，平均COD去除率为97.69%；进出水平均TP浓度分别为35.20mg/L、0.95mg/L，平均TP去除率为97.31%；进出水平均TN浓度分别为127.8mg/L、23.6mg/L，平均TN去除率为81.53%。

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5 结论

针对新能源汽车动力电池产生的废水，采用混凝-低温蒸发-高级氧化-混凝-水解酸化-两级AO法组合工艺进行处理，最终出水水质满足《电池工业污染物排放标准》（GB 30484-2016）的有关要求。实践结果表明，该组合工艺处理效果好，出水水质稳定，取得了良好的环境效益和社会效益，处理具有一定的参考价值。转载自中国资源综合利用作者：李远志刘佳